ZIKV（寨卡病毒）感染通过激活细胞程序性死亡（PANoptosis）导致胎盘炎症

《Journal of Virology》：ZIKV infection causes placental inflammation through activating PANoptosis

ZIKV感染孕妇小鼠模型显示胎盘炎症和胎儿异常与PANoptosis激活相关，联合抑制caspase和RIPK3可缓解症状。

　　Zika病毒（ZIKV）在妊娠期间感染可导致先天性Zika综合征（CZS）或其他中枢神经系统疾病，这凸显了理解ZIKV引发的胎盘损伤在CZS发展中的作用的重要性。本研究通过建立ZIKV感染的怀孕小鼠模型，观察了ZIKV感染后胎盘的病理变化。研究发现，ZIKV感染会导致严重的胎盘炎症，与滋养层细胞的PANoptosis（一种程序性细胞死亡的新形式）相关。具体而言，ZIKV激活了RIG-I，并通过招募ASC、caspase-1、NLRP3、caspase-8和RIPK1形成PANoptosome复合物，从而触发PANoptosis。此外，使用Z-VAD-FMK与GSK872或RIG-I抑制剂RIG012的联合治疗能够显著抑制ZIKV诱导的细胞死亡，减轻滋养层细胞和胎盘的炎症反应。这些发现揭示了ZIKV通过激活PANoptosis引发严重胎盘炎症的全新机制，并为抗PANoptosis治疗在ZIKV相关疾病中的应用奠定了基础。

ZIKV是一种蚊媒病毒，自1947年首次被发现以来，它在非洲森林中主要在非人类灵长类动物和Aedes蚊子之间循环传播。近年来，ZIKV在多个地区引发了大规模爆发，并与孕妇感染后婴儿出现的严重并发症相关，如微小头症和其他神经系统疾病。目前，尚无针对ZIKV的批准疫苗或特异性治疗药物，这使得研究其致病机制尤为重要。ZIKV的传播途径包括血液、性接触和垂直传播，其在妊娠期间的感染风险尤其高，尤其是在第一孕期。临床证据表明，ZIKV可以在胎盘、羊水、婴儿血液、脐带血和脑脊液中检测到，尽管已有大量研究，但ZIKV的致病机制，特别是其垂直传播和胎盘病理变化的机制仍不明确。

PANoptosis是一种独特的程序性细胞死亡（PCD）形式，通常由一种称为PANoptosome的复合物介导。PANoptosis与凋亡、焦亡和坏死性凋亡共享细胞特征和分子机制，但无法由其中任何一种单独解释。凋亡通过外源性或内源性途径发生，依赖于caspase-8或caspase-9，随后由执行者caspase如caspase-3和caspase-7激活。焦亡是一种促炎性的细胞死亡形式，由炎性小体激活引发的caspase-1切割gasdermin D（GSDMD）启动。其他执行者，如由caspase-3切割的gasdermin E（GSDME），也可以激活焦亡。坏死性凋亡则由含有受体相互作用蛋白同源结构域的蛋白如RIPK1和RIPK3激活，RIPK3的进一步磷酸化会激活坏死性凋亡的执行者MLKL。已有研究表明，先天免疫传感器或调节因子可以驱动PANoptosome的组装，从而引发PANoptosis，如ZBP1、AIM2、TAK1和RIPK1等。PANoptosis已被证明在多种感染和炎症疾病中起作用，可以被病毒、真菌等多样化的触发因素诱导，作为宿主免疫防御的重要机制。然而，PANoptosis的过度激活会导致宿主严重的炎症病理损害。例如，流感A病毒（IAV）感染会激活ZBP1介导的PANoptosis，从而在肺部引发炎症损伤，同时限制IAV的复制。同样，SARS-CoV-2感染会诱导促炎性细胞因子如肿瘤坏死因子α（TNF-α）和γ干扰素（IFN-γ）的表达，进而激活PANoptosis，导致持续的细胞因子风暴，引发严重的肺部炎症和病理损伤。值得注意的是，ZIKV感染的胎盘会表现出严重的炎症反应和细胞死亡，这促使我们进一步探讨PANoptosis是否在这一过程中发挥作用，并导致ZIKV相关的胎盘疾病。

本研究显示，ZIKV感染会导致滋养层细胞和胎盘发生PANoptosis和炎症。使用泛caspase抑制剂Z-VAD-FMK与RIPK3磷酸化抑制剂GSK872或RIG-I抑制剂RIG012的联合治疗可以有效抑制ZIKV诱导的PANoptosis，并减轻滋养层细胞和胎盘的炎症反应。这一发现不仅揭示了ZIKV通过激活PANoptosis引发胎盘炎症的机制，还提出了可能的治疗方法。

在研究过程中，我们首先在ZIKV感染的小鼠模型中观察到，ZIKV在胎盘和胎儿头部中复制，并导致显著的病理变化。使用缺乏I型干扰素受体的Ifnar1-/-小鼠作为研究对象，发现ZIKV感染会导致孕妇体重下降，并在胎盘和胎儿组织中检测到高水平的病毒RNA。进一步的组织病理分析显示，ZIKV感染的胎盘体积较小，与之前报道的先天性ZIKV感染病例一致。此外，ZIKV感染还导致胎盘的螺旋层面积减少，血管分布不均，血管腔变窄，组织出血，以及大量单核细胞浸润。为了评估ZIKV是否导致胎盘细胞死亡，我们检测了与不同程序性细胞死亡形式相关的分子标记，如caspase-1、GSDMD、GSDME、caspase-3、caspase-8、MLKL和RIPK3的磷酸化水平。结果显示，所有这些分子标记在ZIKV感染后显著增加，表明ZIKV可能通过激活PANoptosis导致胎盘细胞死亡。

接下来，我们进一步研究了ZIKV诱导的PANoptosis在体外培养的人类胎盘滋养层细胞中的表现。使用JEG-3和HTR-8细胞系进行实验，发现ZIKV感染后，细胞中PI阳性细胞的比例显著增加，且乳酸脱氢酶（LDH）释放量增加，这些结果共同表明细胞发生了细胞毒性死亡。我们还检测了与焦亡、凋亡和坏死性凋亡相关的蛋白质激活情况，结果显示ZIKV感染显著激活了所有三种细胞死亡途径的关键分子，包括焦亡的GSDMD、GSDME和caspase-1，凋亡的caspase-8、caspase-9、caspase-3和caspase-7，以及坏死性凋亡的MLKL和RIPK3。这些结果一致表明，ZIKV感染可以激活几乎所有与焦亡、凋亡和坏死性凋亡相关的分子，为PANoptosis的发生提供了必要的条件。此外，我们在ZIKV感染的原代人类胎盘滋养层细胞中也观察到了类似的结果，进一步支持了ZIKV诱导PANoptosis的观点。

为了进一步确定RIG-I在ZIKV诱导PANoptosis中的作用，我们进行了siRNA敲除实验，评估了不同核苷酸受体对ZIKV诱导的滋养层细胞死亡的影响。结果显示，RIG-I的敲除最有效地抑制了细胞死亡，同时减少了PI阳性细胞和LDH释放，表明RIG-I可能在ZIKV诱导的PANoptosis中起关键作用。此外，RIG-I的敲除还抑制了PANoptosis相关蛋白如caspase-1、caspase-3和MLKL的激活，进一步支持了RIG-I作为ZIKV诱导PANoptosis的感知受体的假设。

我们还评估了多种PANoptosis抑制剂对ZIKV诱导的细胞死亡和炎症的抑制效果。结果显示，Z-VAD-FMK和GSK872的联合治疗显著抑制了ZIKV诱导的细胞死亡和炎症反应，其效果优于单独使用这些抑制剂。此外，RIG-I抑制剂RIG012的使用也有效减轻了ZIKV感染引起的胎盘炎症和细胞死亡。这些结果表明，抑制PANoptosis可以有效缓解ZIKV感染引起的胎盘炎症和细胞死亡，为治疗ZIKV相关疾病提供了新的思路。

在体外实验中，我们观察到Z-VAD-FMK和GSK872的联合治疗显著降低了ZIKV诱导的细胞死亡和促炎性细胞因子的释放。进一步的体内实验显示，这种联合治疗能够有效减轻ZIKV感染引起的胎盘炎症和胎儿异常，显著降低了胎儿异常率。此外，组织病理学分析显示，Z-VAD-FMK和GSK872的联合治疗能够缓解ZIKV感染导致的胎盘病理变化，如血管分布不均、血管腔变窄、组织出血和单核细胞浸润。这些结果表明，通过抑制PANoptosis可以有效缓解ZIKV感染引起的胎盘炎症和胎儿异常，为临床治疗提供了新的方向。

综上所述，本研究揭示了ZIKV感染通过激活PANoptosis导致胎盘炎症的新机制，并提出了通过抑制PANoptosis来减轻ZIKV相关疾病的新治疗策略。这些发现不仅加深了我们对ZIKV致病机制的理解，还为开发新的抗病毒治疗手段提供了理论基础和实验依据。未来的研究需要进一步探讨其他RNA病毒是否也能通过RIG-I激活PANoptosome，以及不同程序性细胞死亡途径在ZIKV感染中的具体作用和相互关系。此外，还需要评估这些抑制剂在临床转化中的潜在应用，以确定其在治疗ZIKV感染中的实际效果。